PLC在港口自動配煤系統中的應用

姚文魁

摘 要： 配煤可以改善煤質、滿足客戶需求，擴大銷售市場。在港口煤炭的存儲、運輸過程中，配煤作業是不可或缺的。 將各種煤質指標不同的煤按一定的比例配成混合煤，可以滿足不同用戶的需求。由于港口煤炭配煤作業數量巨大，質量要求較高，對港口的配煤設備設施要求很高。傳統配煤設備效率低，準確性差，成本高，已經被淘汰。以PLC自動控制技術為主體，結合煤質檢驗技術、變頻控制技術及傳感器技術，構建港口自動配煤系統，可以有效提高港口煤炭生產效率。

關鍵詞：港口 PLC；自動控制；配煤；應用分析

中圖分類號：TM76 文獻標識碼：A

1.PLC概述

PLC（可編程邏輯控制器）本質上是一種專為工業環境的應用而設計的計算機，主要有電源模塊、CPU（中央處理單元）等，另外還包括一些具備豐富功能的模塊，如各種通信模塊和計數模塊。

PLC有以下優點：第一，使用靈活、通用性強。PLC可廣泛應用于各行業的過程控制，尤其是近年來隨著PLC的進一步發展，其程序處理能力越來越強大，功能模塊也多種多樣，可以很好地適應各生產領域的需要；第二，可靠性高、抗干擾能力強。傳統繼電控制經常會出現繼電器觸電接觸不良和線圈燒毀的故障，而PLC采用內部節點，可靠很高。在國內實際應用中，在產品正常使用環境下，大部分一線品牌的PLC都可以無故障運行10年以上，部分PLC控制系統可以穩定運行20年以上。這是傳統電氣設備做不到的。由于其采用了各種軟、硬件抗干擾措施，可以在復雜的現場環境中取得較好的工作效果；第三，接口簡單。其輸入、輸出接口采用光電隔離，還可以進行接口擴展。在實際使用安裝中都易于操作。由于其采用內部程序代替傳統功能繼電器，大大減少了硬件電路的故障率，控制電路維護量很小；第四，維護方便。PLC各模塊都帶有指示燈，可準確反映當前各模塊工作狀態和故障，利于維護人員排除故障。第五，編程語言易學易用。隨著編程軟件的發展，編程軟件大部分都有了漢語版本，同時編程軟件也提供了越來越多的功能塊，供編程人員直接使用，編程變得越來越簡單易學。

2.港口PLC配煤系統的硬件構成

港口自動配煤系統一般采用分布式控制結構，硬件部分由上位機（操作員站、工程師站/便攜式編程器、監控中心和監視屏）和PLC（下位機）及現場設備（給煤機及其他傳感器等）3部分構成。

（1）上位機：上位機本質是一種操作人員可以直接發出命令的計算機。通過其安裝的上位監控軟件向下位機（PLC）發出和接收下位機傳輸的相關信息。一般多采由兩臺冗余的操作站負責與系統的主PLC的CPU進行通信，并將數據傳送到操作員站和工程師站。

（2）下位機（PLC）：一方面讀取現場設備各種數據，經過處理后傳輸給上位機，另一方面接收并執行上位機發出的命令。以開灤碼頭為例，采用施耐德公司的Modicon系列的PLC，該控制器主要由CPS電源模塊、 CPU模塊、以太網通信模塊及一系列的開關量輸入輸出、模擬量輸入輸出模塊、高速計數模塊等組成。

（3）現場設備

給煤機多采用皮帶運輸方式，其核心是一套皮帶稱重系統，主要由速度傳感器、壓力傳感器及控制儀表組成。其工作原理是測量皮帶運動的速度和單位長度皮帶上承載的煤的重量，經過運算獲得給煤機的瞬時流量和累計流量。控制儀表將設定的煤流量和實際的煤流量經過PID處理，自動調節給煤機皮帶運行的速度，達到自動給煤的目的。

給煤機的實時運行數據傳送到稱重儀表，儀表與PLC進行通信，將給煤機的瞬時流量、累計流量即時傳送到PLC。

變頻器可根據PLC的指令控制給煤機的給料速度，進而控制配煤過程中各煤種比例。

（4）通信：上位機與PLC設于中央控制室，一般多采用工業以太網（TCP/IP協議）進行通信。PLC與現場設備及各種傳感器通過現場總線（（采用Modbus以及自由口通信協議）進行數據傳輸。

3.港口PLC配煤系統的軟件構成

該系統主要由HMI（人機交互界面）軟件和PLC程序軟件兩部分構成。通過這兩個軟件，實現配煤系統的生產作業流程控制，同時實時進行數據的采集、傳輸及處理。PLC控制系統將處理好的數據傳送給上位機再通過HMI（人機交互界面）軟件來顯示設備狀態、記錄數據，使操作員可以及時了解設備運轉情況，做出正確的判斷和操作。操作員可以在中控室操作員站上實時監測配煤系統的運行狀態，根據生產需求，進行配煤設備的選擇及參數設置，實現對配煤系統的人工干預。

HMI（人機交互界面）軟件：上位監控軟件通過驅動程序與PLC通信，進而實現過程監控功能。我國使用廣泛的有美國intellution公司的IFIX組態軟件、德國西門子公司的WinCC及從國產的組態王等。這些自動化監控組態軟件廣泛于冶金、電力、港口等各種工業應用領域當中。其具有較強的功能性、安全性、通用性。

通過HMI軟件主要實現以下功能：第一，實時運行參數監測。上位機軟件通過PLC可實時監測到現場配煤設備的工作狀態及配煤各項指標，采用豐富形象的圖形、功能靈活的報表的形式來顯示當前系統配煤作業速率、設備工況和與配煤質量變化等生產情況。第二，參數設置，操作人員可以根據生產實際需要實現對配煤比例、配煤速率的參數設置，操作簡單易學。第三，電子簽名。通過設置不同級別的權限等級，實現對不同級別操作人員操作權限的管理。只有擁有相應的權限，才能修改對應權限的配煤參數。

PLC程序控制軟件：PLC編程軟件發展到今天，種類雖然多種多樣，但功能逐漸趨于一致。目前應用較多的編程軟件主要具備以下功能：

（1）支持多種編程語言，如功能塊圖（FBD）等可適應不同操作水平的編程人員使用。

（2）程序的可復制性。編程人員只要對具備某一功能的程序進行一次編程，以后就可以無限次地對其進行復制使用，節約了勞動力。

（3）強大的在線監控功能，編程人員可在線實時監控程序的實際運行狀況，利于程序的檢測和故障的排除。

（4）支持搜索和注釋。編程人員可對程序進行變量及其他內容的搜索，同時可對編程序內部任何位置放置注釋，極大地方便了編程人員的使用。

（5）不同層次的權限管理和密碼保護。既利于編程人員的知識產權保護，也利于程序的穩定運行。

港口自動配煤系統主要實現以下功能：第一，能夠實現配煤控制的自動配煤和人工手動配煤。自動配煤是系統能夠根據客戶需求自動計算出配煤參數并給出配煤策略，實現系統的自動運行并達到所需的配煤比例。人工手動控制方式就是根據各給料機反映的各煤種的下料速度，通過手動來調節各給煤機的啟停及流量，人工調節配煤比例。第二，系統能夠實現參數的監測、報警。系統參數監測的范圍主要包括瞬時流量、即時煤質指標、給煤機的運行狀態、變頻器參數、皮帶機運行狀態、煤倉料位狀態等。第三，實時過程控制。實現系統所屬設備的順序啟、停及參數采集，系統自動完成過程控制，必要時才需操作員手動操作調整。第四，設備故障報警及緊急停車保護。當設備故障或超過預設定值時，根據程序設計，自動進行聲光報警，在必要時，為保護設備和人身安全，可以自動緊急停車。

結語

隨著海運的快速發展，對港口設備的生產效率要求會越來越高，采用自動化配煤控制系統是降低操作人員工作強度、提高港口工作效率的有效途徑。

參考文獻

[1]北京礦業大學出版社編委會，電力配煤、動力配煤、煉焦配煤新技術新工藝及質量控制實用手冊，第一卷[M].北京：北京礦業大學出版社，2008.

[2]周萍.對港口自動化配煤系統設計的相關探討[J].中國高新技術企業，2011（7）：55-56.

[3]張志偉，張文，胡丙升.配煤的計算和自控及工業應用[J].煤礦機械，2010，31（7）：205-207.endprint